KR100820776B1 - Apparatus for analysis of nanoparticles in aqueous solution by using probe beam detection of laser-induced shock wave and thereon method - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 의한 레이저 유도 충격파의 탐침 빔 검지를 이용한 수용액 내 나노입자 측정장치를 개략적으로 나타내는 구성도,1 is a block diagram schematically showing an apparatus for measuring nanoparticles in an aqueous solution using probe beam detection of a laser induced shock wave according to the present invention;
도 2는 본 발명에 의한 레이저 유도 충격파의 탐침 빔 검지를 이용한 수용액 내 나노입자 측정장치에 따른 나노입자 측정방법을 나타내는 흐름도,2 is a flow chart showing a method for measuring nanoparticles according to the apparatus for measuring nanoparticles in an aqueous solution using probe beam detection of a laser induced shock wave according to the present invention;
도 3은 본 발명에 의한 레이저 유도 충격파의 탐침 빔 검지를 이용한 수용액 내 나노입자 측정장치의 탐침 빔을 이용하여 측정한 레이저 유도 충격파의 파형을 개략적으로 나타내는 도면,3 is a view schematically showing the waveform of the laser induced shock wave measured using the probe beam of the nanoparticle measuring apparatus in the aqueous solution using the probe beam detection of the laser induced shock wave according to the present invention,
도 4는 본 발명에 의한 레이저 유도 충격파의 탐침 빔 검지를 이용한 수용액 내 나노입자 측정장치의 탐침 빔 신호 세기의 도수 분포도를 나타내는 도면,4 is a view showing the frequency distribution of the probe beam signal intensity of the nanoparticle measuring apparatus in the aqueous solution using the probe beam detection of the laser-guided shock wave according to the present invention,
도 5는 본 발명에 의한 레이저 유도 충격파의 탐침 빔 검지를 이용한 수용액 내 나노입자 측정장치에 의한 탐침 빔 세기의 피크값을 이용하여 입자의 크기를 측정한 실시예를 개략적으로 나타내는 도면,5 is a view schematically showing an embodiment in which the particle size is measured using the peak value of the probe beam intensity by the nanoparticle measuring apparatus in the aqueous solution using the probe beam detection of the laser induced shock wave according to the present invention;
도 6은 본 발명에 의한 레이저 유도 충격파의 탐침 빔 검지를 이용한 수용액 내 나노입자 측정장치에 따른 레이저 유도 충격파의 파열 확률을 이용하여 입자의 농도를 측정한 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면.6 is a view schematically showing an embodiment in which the concentration of particles is measured using the burst probability of the laser induced shock wave according to the nanoparticle measuring apparatus in the aqueous solution using the probe beam detection of the laser induced shock wave according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1 : 레이저 유도 충격파의 탐침 빔 검지를 이용한 수용액 내 나노입자 측정장치,1: Measurement apparatus of nanoparticles in aqueous solution using probe beam detection of laser induced shock wave,
10 : 레이저 발생부, 11 : 레이저 발생장치,10: laser generator, 11: laser generator,
13 : 광학용 조리개, 14 : 선형편광판,13: optical aperture, 14: linear polarizing plate,
14a : 제1 선형편광판, 14b : 제2 선형편광판,14a: first linear polarizer plate, 14b: second linear polarizer plate,
15 : 빔 스플리터, 17 : 미러,15: beam splitter, 17: mirror,
17a : 제1 미러, 17b : 제2 미러,17a: first mirror, 17b: second mirror,
19 : 에너지 측정기, 30 : 글러브 박스,19: energy meter, 30: glove box,
31 : 제1 광학용 창, 33 : 시료 셀,31: first optical window, 33: sample cell,
34 : 렌즈, 35 : 제2 광학용 창,34 lens, 35 second optical window,
36 : 제3 광학용 창, 37 : 빔 블럭,36: third optical window, 37: beam block,
50 : 탐침 빔 발생부, 51 : 탐침 빔 발생장치,50: probe beam generator, 51: probe beam generator,
53 : 광 다이오드, 54 : 제3 미러,53: photodiode, 54: third mirror,
55 : 노치 필터, 56 : 미세 바늘구멍장치,55: notch filter, 56: fine needle hole device,
56a : 바늘 구멍, 58 : 증폭기,56a: needle hole, 58: amplifier,
59 : 오실로스코프, 70 : 측정부,59: oscilloscope, 70: measuring unit,
71 : 박스카 에버리져, 73 : 컴퓨터.71: Boxcar Averaging, 73: Computer.
본 발명은 레이저 유도 충격파의 탐침 빔 검지를 이용한 수용액 내 나노입자 측정장치 및 그에 따른 측정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수용액 속에 극미량으로 존재하는 미세 나노입자의 레이저 유도 파열(Laser-Induced Breakdown) 현상을 측정하기 위해 탐침 빔(Probe Beam) 신호를 이용한 것이 특징이다. 레이저 유도 파열 현상 발생 시 레이저 유도 충격파(Shock Wave)에 의해 탐침 빔의 경로가 변화하는 원리를 이용하되, 탐침 빔의 신호의 세기 분포(Intensity Distribution)를 측정하여 나노입자의 크기를 판별할 수 있을 뿐만 아니라, 탐침 빔으로 측정한 파열 확률(Breakdown Probability)을 이용하여 나노입자의 농도를 측정할 수 있으며, 비접촉, 실시간 및 원격으로 나노입자의 크기 및 농도를 측정할 수 있으며, 이로 인해 방사성 물질 등의 유해 시료가 보다 용이하게 적용가능하고, 일반적인 광 산란 세기(Light Scattering intensity) 측정방식의 탁도계 및 입도분석장치에 비하여 측정 감도가 상당히 우수하여 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 레이저 유도 충격파의 탐침 빔 검지를 이용한 수용액 내 나노입자 측정장치 및 그에 따른 측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for measuring nanoparticles in an aqueous solution using a probe beam detection of a laser-guided shock wave and a method for measuring the same. More specifically, laser-induced breakdown of fine nanoparticles present in an extremely small amount in an aqueous solution. The probe beam signal is used to measure the phenomenon. When the laser induced rupture occurs, the path of the probe beam is changed by the laser shock wave, but the size of the nanoparticles can be determined by measuring the intensity distribution of the signal of the probe beam. In addition, it is possible to measure the concentration of nanoparticles using the breakdown probability measured by the probe beam, and to measure the size and concentration of nanoparticles in a non-contact, real-time and remote manner. Hazardous Samples are more easily applicable, and the sensitivity of the laser-guided shock wave can improve the reliability of the device because the measurement sensitivity is significantly higher than that of the turbidimeter and particle size analyzer of the general Light Scattering intensity measurement method. The present invention relates to an apparatus for measuring nanoparticles in an aqueous solution using detection and a method for measuring the same.
일반적으로, 물질이 분자 또는 이온 상태로 액체 중에 고르게 분산해 있는 것을 용액이라고 지칭하며, 이러한 용액에 보통의 분자나 이온보다 크고, 지름이 1nm~1000nm 정도의 미립자가 응집되거나, 침전되지 않고 분산되어 있는 상태를 콜로이드 상태라고 하며, 이렇게 콜로이드 상태로 되어 있는 것들을 콜로이드(Colloid)라고 부른다.In general, a substance is evenly dispersed in a liquid in a molecular or ionic state, called a solution. In such a solution, fine particles larger than ordinary molecules or ions and having a diameter of about 1 nm to 1000 nm are aggregated or dispersed without being precipitated. The state of being called a colloidal state, these colloidal state is called a colloid (Colloid).
수용액 속에 존재하는 콜로이드성 나노입자를 측정하기 위하여 연속 발진(Continuous Wave) 레이저 빔(Laser Beam)을 시료에 입사시키고, 입사된 레이저 빔이 입자에서 산란되는 광의 세기를 측정하는 방법이 일반적으로 사용되고 있는 기술이다.In order to measure colloidal nanoparticles in an aqueous solution, a continuous wave laser beam is incident on a sample, and a method of measuring the intensity of light scattered from the particle by the incident laser beam is generally used. Technology.
한편, 수용액의 탁한 정도를 측정하기 위한 탁도계 및 입도를 분석하기 위한 입도분석장치 중 상용으로 판매되고 있는 대부분의 탁도계 및 입도분석장치는 상술한 바와 같은 광 산란 세기(Light Scattering Intensity) 측정법을 채택하고 있으며, 수용액 내에서 브라운 운동을 하는 입자의 동적(Dynamic) 광 산란 세기를 측정하는 기기가 가장 널리 사용되고 있다.Meanwhile, most of the turbidimeters and particle size analyzers that are commercially available among the turbidimeters for measuring the turbidity of aqueous solutions and the particle size analyzers for analyzing the particle sizes adopt the light scattering intensity measurement method described above. In addition, a device for measuring the dynamic light scattering intensity of the particles in the brown motion in the aqueous solution is the most widely used.
그러나, 수용액 내에서 광 산란 세기를 측정하는 대부분의 상용 기기는 나노입자의 크기가 작을수록 산란광의 세기가 현저하게 약해지기 때문에 나노입자의 크기가 작은 경우에는 큰 경우에 비해 상대적으로 많은 수의 나노입자가 산란에 기여할 수 있는 제한적인 조건에서만 나노입자의 측정이 가능하다.However, in most commercial devices for measuring light scattering intensity in aqueous solution, the smaller the size of the nanoparticles, the weaker the intensity of the scattered light is. Therefore, when the size of the nanoparticles is small, a large number of nanoparticles is relatively large. The measurement of nanoparticles is possible only in limited conditions where the particles can contribute to scattering.
따라서, 상술한 바와 같은 탁도계 및 입도분석장치 등의 상용의 광 산란 세 기를 측정하는 측정기를 통하여 ppt-ppb 농도 범위의 미세 나노입자를 측정할 경우, 측정 감도가 보다 우수한 장치를 사용하여 나노입자를 측정해야 한다.Therefore, when measuring fine nanoparticles in the ppt-ppb concentration range through a commercially available light scattering device such as a turbidimeter and a particle size analyzer as described above, the nanoparticles are measured using a device having better measurement sensitivity. It should be measured.
상술한 바와 같은 문제점을 개선하기 위하여 일본과 독일에서 "레이저 유도 파열 검출방법(LIBD, Laser-Induced Breakdown Detection, 미국 특허 5316983, 1994년)"을 개발하였다.In order to improve the problems described above, "Laser-induced breakdown detection method (LIBD, Laser-Induced Breakdown Detection, US Patent 5316983, 1994)" was developed in Japan and Germany.
여기서, 레이저 유도 파열 검출방법은 시간 폭이 수 나노초인 펄스 레이저 빔을 렌즈를 통해 입사시키고, 입사 시 렌즈의 초점 영역에서 발생되는 레이저 유도 플라즈마(Laser-Induced Plasma)의 원리를 이용하는 기술이다.Here, the laser-induced rupture detection method is a technique that uses the principle of the laser-induced plasma (Laser-Induced Plasma) generated in the focal region of the lens is incident a pulsed laser beam having a time width of several nanoseconds through the lens.
이때, 레이저 유도 플라즈마를 발생시키기 위해 필요한 레이저 빔의 에너지는 고체, 액체, 기체 순으로 증가되기 때문에 적절한 레이저 빔 에너지를 사용할 경우, 수용액 속의 고체 입자만을 파열시켜 레이저 유도 플라즈마 상태로 만들 수 있다.In this case, since the energy of the laser beam required to generate the laser-induced plasma is increased in the order of solid, liquid, and gas, when the appropriate laser beam energy is used, only the solid particles in the aqueous solution may be ruptured to make the laser-induced plasma state.
이렇게 고정된 레이저 빔 에너지 조건에서 입자의 농도에 따라 파열 확률(Breakdown Probability)이 달라진다는 특성과 입자의 크기에 따라 파열에 필요한 레이저 빔의 문턱 에너지(Threshold Energy)가 달라진다는 특성을 이용하여 나노입자의 농도 및 크기를 분석할 수 있다.In this fixed laser beam energy condition, nanoparticles are exploited using the characteristics that the probability of rupture varies depending on the concentration of particles and the threshold energy of the laser beam required for rupture depending on the particle size. The concentration and size of can be analyzed.
한편, 나노입자의 농도 및 크기에 대한 검출 한계는 각각 수 십 ppt 및 수 nm 정도인 것으로 나타난다.On the other hand, the detection limits for the concentration and size of the nanoparticles appear to be on the order of tens of ppt and several nm, respectively.
현재 사용되고 있는 레이저 유도 파열 검출 방법으로서, 압전 소자를 이용하여 레이저 유도 충격파를 측정하는 방법과 CCD 카메라 또는 광증배관을 이용하여 레이저 유도 플라즈마 발생 시의 섬광을 측정하는 두 가지 방법이 있다. 즉, 레이저 유도 플라즈마가 발생할 때 수반되는 레이저 유도 충격파(Laser-Induced Shock Wave)를 압전 소자(Piezoelectric Transducer)를 사용하여 측정하는 방법과 CCD(Change Coupled Device) 카메라 또는 광증배관(Photomultiplier Tube)을 사용하여 레이저 유도 플라즈마가 발생할 때의 섬광(Flash)을 측정하는 방법으로 나뉜다.As a laser induced burst detection method currently used, there are two methods of measuring a laser induced shock wave using a piezoelectric element and a method of measuring glare during laser induced plasma generation using a CCD camera or an optical multiplier. That is, a method of measuring a laser-induced shock wave accompanying a laser-induced plasma by using a piezoelectric transducer and using a CCD (Change Coupled Device) camera or a photomultiplier tube Therefore, it is divided into a method of measuring flash when a laser induced plasma is generated.
이렇게 레이저 유도 충격파를 측정하는 방법과 유도 플라즈마 발생 시의 섬광을 측정하는 방법은 파열 확률(Breakdown Probability) 및 문턱 에너지(Threshold Energy)를 정밀하게 측정할 수 있으나, 압전 소자를 이용할 경우, 시료 셀에 직접 부착하여 충격파를 측정해야 하는 불편함이 있으며, CCD 카메라 또는 광증배관을 이용할 경우, 제한된 크기의 카메라 필셀(Pixel)에 섬광을 기록하기 위해 시료 셀에 근접된 위치에 고배율 렌즈 시스템을 설치해야 하는 점에서 작업 및 설치의 번거로움이 있다.The method of measuring the laser induced shock wave and the method of measuring the glare when the induced plasma is generated can precisely measure the breakdown probability and the threshold energy. However, when using a piezoelectric element, It is inconvenient to measure the shock wave by attaching directly, and when using a CCD camera or an optical tube, it is necessary to install a high magnification lens system in a position close to the sample cell in order to record flashes in a limited size camera pixel. In terms of work and installation is cumbersome.
예를 들면, 방사성 물질을 비롯한 인체에 유해한 원소 및 초청정수를 시료로 사용할 경우, 주변 분위기와 차단된 특수한 환경에 시료를 위치 및 설치해야 하기 때문에 압전 소자를 시료 셀에 직접 부착하거나, 시료 셀에 근접된 위치에 소정부피 및 소정공간을 갖는 각종 계측장치를 설치하는 것이 용이하지 않을 뿐만 아니라, 번거롭고 불편하다는 문제점이 있다.For example, when using a sample containing elements and ultra clean water harmful to the human body, including radioactive materials, the piezoelectric element is directly attached to the sample cell or the sample cell must be placed and installed in a special environment isolated from the surrounding atmosphere. It is not only easy to install various measuring devices having a predetermined volume and a predetermined space in a proximate position, but also has a problem of being cumbersome and inconvenient.
따라서, 수용액 내에 존재하는 수십 ppt의 농도를 갖는 극미량 나노입자를 검출할 수 있을 정도로 우수한 측정 감도를 가지며, 원격으로 측정이 가능한 나노입자 측정장치의 개발이 시급한 실정이다.Therefore, there is an urgent need to develop a nanoparticle measuring apparatus that has an excellent measurement sensitivity and can be remotely measured to detect trace nanoparticles having a concentration of several tens of ppt in an aqueous solution.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수용액 속에 극미량으로 존재하는 미세 나노입자의 레이저 유도 파열 현상에 탐침 빔(Probe Beam)을 이용하여 측정할 수 있다는 점이 특징이며, 레이저 유도 파열 현상 발생 시 레이저 유도 충격파(Shock Wave)에 의해 탐침 빔의 경로가 변화하는 원리를 이용하되, 탐침 빔의 신호의 세기 분포(Intensity Distribution)를 측정하여 나노입자의 크기를 판별할 수 있을 뿐만 아니라, 탐침 빔으로 측정한 파열 확률(Breakdown Probability)을 이용하여 나노입자의 농도를 측정할 수 있으며, 비접촉, 실시간 및 원격으로 나노입자의 크기 및 농도를 측정할 수 있으며, 이로 인해 방사성 물질 등의 유해 시료에 보다 용이하게 적용가능하고, 일반적인 광 산란 세기 측정방식의 탁도계 및 입도분석장치에 비하여 측정 감도가 상당히 우수하여 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 레이저 유도 충격파의 탐침 빔 검지를 이용한 수용액 내 나노입자 측정장치 및 그에 따른 측정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the problems described above, characterized in that it can be measured by using a probe beam (Probe Beam) in the laser induced rupture phenomenon of the micro-nanoparticles present in a very small amount in the aqueous solution, laser induced rupture phenomenon The path of the probe beam is changed by the laser shock wave when it occurs, but the size of the nanoparticles can be determined by measuring the intensity distribution of the signal of the probe beam. Breakdown probability measured by beam can be used to measure the concentration of nanoparticles, and to measure the size and concentration of nanoparticles in non-contact, real-time and remotely, which can be applied to harmful samples such as radioactive materials. It is more easily applicable, and the measurement sensitivity is higher than that of general turbidimeter and particle size analyzer of light scattering intensity measurement method. It is an object of the present invention to provide an apparatus for measuring nanoparticles in an aqueous solution using a probe beam detection of a laser-guided shock wave which can significantly improve the reliability of the apparatus, and a method for measuring the same.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 플라즈마를 형성시키기 위한 레이저 발생장치와, 상기 레이저 발생장치를 통하여 방출되는 레이저 빔의 직경을 조절하기 위한 광학용 조리개(Diaphragm)와, 상기 광학용 조리개를 통과한 레이저 빔의 에너지 및 편광을 조절하기 위한 선형편광판과, 상기 선형편광판을 통과한 조절된 레이저 빔을 투과 및 반사하는 빔 스플리터와, 상기 빔 스플리터를 통과한 레이저 빔의 경로를 조절하기 위한 미러를 포함하는 레이저 발생부; 상기 레이저 발생부의 미러를 통하여 반사되는 레이저 빔이 입사되기 위하여 일측면 중심에 형성되는 제1 광학용 창과, 상기 제1 광학용 창에 일직선상으로 정렬되어 위치하되, 방사성 물질 또는 유해 원소로 이루어지는 나노입자 시료가 설치되는 시료 셀과, 상기 시료 셀과 제1 광학용 창 사이에 설치되며, 초점의 중심이 시료 셀의 중앙에 위치하는 렌즈와, 그 양 측면 중심에 각각 위치하되, 상기 시료 셀과 일직선상으로 위치하는 제2 및 제3 광학용 창을 포함하는 글러브 박스; 상기 글러브 박스의 일측에 위치하되, 탐침 빔을 방출하기 위한 탐침 빔 발생장치와, 상기 탐침 빔 발생장치에서 방출되어, 상기 제2 광학용 창 및 제3 광학용 창을 통과하는 탐침 빔을 측정하기 위한 광 다이오드를 포함하는 탐침 빔 발생부; 및 상기 탐침 빔 발생부의 광 다이오드에 연결되되, 상기 광 다이오드를 통하여 검출된 탐침 빔의 지연 시간 및 폭을 조절하기 위한 박스카 에버리져(Boxcar Averager)와, 상기 박스카 에버리져에 연결되어 탐침 빔의 세기를 데이터 처리하기 위한 컴퓨터를 포함하는 측정부; 를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention, a laser generator for forming a plasma, an optical diaphragm (Diaphragm) for adjusting the diameter of the laser beam emitted through the laser generator, and the optical A linear polarizer for adjusting the energy and polarization of the laser beam passing through the iris, a beam splitter for transmitting and reflecting the controlled laser beam passing through the linear polarizer, and the path of the laser beam passing through the beam splitter A laser generation unit including a mirror for; The first optical window formed at the center of one side in order to enter the laser beam reflected through the mirror of the laser generating unit, and aligned in a straight line to the first optical window, the nano made of a radioactive material or harmful elements A sample cell in which a particle sample is installed, between the sample cell and the first optical window, a lens having a center of focus positioned at the center of the sample cell, and positioned at both centers of both sides thereof; A glove box including second and third optical windows positioned in a straight line; A probe beam generator positioned at one side of the glove box and configured to emit a probe beam, and a probe beam emitted from the probe beam generator to measure the probe beam passing through the second optical window and the third optical window A probe beam generation unit including a photodiode for; And a box car averager connected to the photodiode of the probe beam generator and configured to adjust a delay time and a width of the probe beam detected through the photodiode, and a probe beam connected to the box car averager. A measuring unit including a computer for processing the intensity of the data; Characterized in that consisting of a configuration including a.
여기서, 상기 레이저 발생장치를 통하여 방출되는 레이저 빔은 펄스폭이 약 6 나노초인 Nd:YAG 레이저의 녹색 파장 532nm 이다.Here, the laser beam emitted through the laser generator is a green wavelength of 532 nm of Nd: YAG laser having a pulse width of about 6 nanoseconds.
그리고, 상기 선형편광판은 광학용 조리개의 일측에 위치하되, 레이저 빔의 에너지를 조절하기 위하여 회전가능하게 이루어지는 제1 선형편광판과, 상기 제1 선형편광판의 일측에 위치하되, 바닥면에 수직한 편광 성분의 레이저 빔만을 통과시키는 제2 선형편광판을 더 포함하는 구성으로 이루어진다.The linear polarizer is positioned on one side of the optical aperture and is rotatable to adjust the energy of the laser beam, and the linear polarizer is positioned on one side of the first linear polarizer and polarized perpendicular to the bottom surface. And a second linear polarizer for passing only the laser beam of components.
더불어, 상기 빔 스플리터는 소정각도 경사지게 설치되어 상기 선형편광판을 통과한 조절된 레이저 빔 에너지에 대하여 약 4%의 반사율을 갖는다.In addition, the beam splitter is inclined at a predetermined angle and reflects about 4% of the adjusted laser beam energy passing through the linear polarizer.
한편, 상기 빔 스플리터의 일측에 빔 스플리터를 통하여 반사되는 레이저 빔의 에너지를 측정하기 위한 에너지 측정기가 구비된다.On the other hand, one side of the beam splitter is provided with an energy meter for measuring the energy of the laser beam reflected through the beam splitter.
여기서, 상기 미러는 입사되는 레이저 빔의 경로를 좌, 우 및 상, 하 방향으로 조절 가능하도록 소정각도 경사지게 설치되는 제1 미러와, 제2 미러를 포함하는 구성으로 이루어진다.Here, the mirror is configured to include a first mirror and a second mirror installed at an inclined angle so as to be able to adjust the path of the incident laser beam in left, right, up and down directions.
또한, 상기 글러브 박스 내의 시료 셀의 일측에 시료 셀을 통과한 레이저 빔을 차단하기 위한 빔 블럭(Beam Block)이 구비된다.In addition, a beam block for blocking the laser beam passing through the sample cell is provided on one side of the sample cell in the glove box.
그리고, 상기 시료 셀에 존재하는 나노입자의 크기가 5~200nm 정도의 범위로 형성되는 경우에 적용할 수 있다.And, it can be applied when the size of the nanoparticles present in the sample cell is formed in the range of about 5 ~ 200nm.
더불어, 상기 시료 셀에 존재하는 나노입자의 농도가 1ppm 미만의 범위로 형성되는 경우에 적용할 수 있다.In addition, it can be applied when the concentration of the nanoparticles present in the sample cell is formed in the range of less than 1ppm.
한편, 상기 탐침 빔 발생부의 탐침 빔 발생장치에서 방출되는 탐침 빔이 He-Ne 레이저 빔으로 이루어지는 He-Ne 레이저 시스템이다.Meanwhile, the probe beam emitted from the probe beam generator of the probe beam generator is a He-Ne laser system including a He-Ne laser beam.
이때, 상기 탐침 빔 발생부의 탐침 빔 발생장치 일측에 탐침 빔의 경로를 조절하기 위한 제3 미러가 구비된다.In this case, a third mirror for adjusting the path of the probe beam is provided at one side of the probe beam generator of the probe beam generator.
그리고, 상기 탐침 빔 발생부의 광 다이오드와 제3 광학용 창 사이에 레이저 발생장치를 통하여 방출되는 레이저 빔이 시료 셀에서 산란되어 광 다이오드로 검출되는 것을 방지하기 위한 노치 필터가 설치된다.A notch filter is installed between the photodiode of the probe beam generator and the third optical window to prevent the laser beam emitted through the laser generator from being scattered in the sample cell and detected by the photodiode.
더불어, 상기 노치 필터와 광 다이오드 사이에 광 다이오드로 입사되는 탐침 빔의 세기 변화를 미세하게 측정하기 위하여 그 중심에 형성되는 바늘 구멍의 크기를 조절할 수 있는 미세 바늘구멍장치가 설치된다.In addition, a fine needle hole device is installed between the notch filter and the photo diode to finely measure the change in intensity of the probe beam incident on the photo diode.
또한, 상기 광 다이오드의 일측에 광 다이오드에서 검출 및 측정된 탐침 빔 신호를 전기적으로 증폭시키기 위한 증폭기가 연결된다.In addition, an amplifier for electrically amplifying the probe beam signal detected and measured by the photodiode is connected to one side of the photodiode.
그리고, 상기 증폭기의 일측에 상기 광 다이오드에서 검출 및 측정된 후 증폭기에서 증폭된 레이저 유도 충격파의 파형을 측정하기 위한 오실로스코프가 연결된다.An oscilloscope for measuring the waveform of the laser induced shock wave detected by the photodiode and then amplified by the amplifier is connected to one side of the amplifier.
한편, 레이저 발생장치와, 광학용 조리개와, 제1 선형편광판 및 제2 선형편광판으로 이루어지는 선형편광판과, 빔 스플리터와, 에너지 측정기와, 제1 미러 및 제2 미러로 이루어지는 미러를 포함하는 레이저 발생부; 제1 광학용 창과, 시료 셀과, 렌즈와, 제2 및 제3 광학용 창과, 빔 블럭을 포함하는 글러브 박스; 탐침 빔 발생장치와, 광 다이오드와, 제3 미러와, 노치 필터와, 바늘 구멍을 갖는 미세 바늘구멍장치와, 증폭기와, 오실로스코프를 포함하는 탐침 빔 발생부; 및 박스카 에버리져와, 컴퓨터를 포함하는 측정부; 를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징 으로 하는 레이저 유도 충격파의 탐침 빔 검지를 이용한 수용액 내 나노입자 측정장치에 의한 측정방법에 있어서, 상기 레이저 발생부의 레이저 발생장치에서 레이저 빔이 발생 및 방출되는 단계; 상기 레이저 발생장치에 의해 방출되는 레이저 빔이 글러브 박스 내부의 시료 셀에 입사되는 단계; 상기 시료 셀의 중앙에 레이저 유도 플라즈마가 발생되는 단계; 상기 탐침 빔 발생부의 탐침 빔 발생장치에서 탐침 빔이 발생 및 방출되는 단계; 상기 탐침 빔 발생장치에 의해 방출되는 탐침 빔이 글러브 박스 내부의 시료 셀로 입사되는 단계; 상기 시료 셀을 투과하는 탐침 빔이 시료 셀에서 발생된 레이저 유도 플라즈마에 의한 매질의 굴절률 변화로 인해 경로가 변경되는 단계; 상기 시료 셀을 통과한 탐침 빔이 글러브 박스의 외부의 광 다이오드로 입사되는 단계; 상기 광 다이오드에서 측정된 탐침 빔의 측정값이 박스카 에버리져로 제공되어 탐침 빔 측정값의 지연 시간 및 폭이 조절되는 단계; 및 상기 박스카 에버리져에 의하여 조절된 탐침 빔 측정값이 컴퓨터로 수집되는 단계; 를 포함하여 이루어진다.On the other hand, laser generation including a laser generating device, an optical diaphragm, a linear polarizing plate comprising a first linear polarizing plate and a second linear polarizing plate, a beam splitter, an energy meter, and a mirror consisting of a first mirror and a second mirror part; A glove box comprising a first optical window, a sample cell, a lens, second and third optical windows, and a beam block; A probe beam generator including a probe beam generator, a photodiode, a third mirror, a notch filter, a fine needle hole device having a needle hole, an amplifier, and an oscilloscope; And a measuring unit including a box car average and a computer; Claims [1] A method for measuring a nanoparticle in an aqueous solution using a probe beam detection of a laser guided shock wave, the method comprising: generating and emitting a laser beam at a laser generator of the laser generator; Injecting a laser beam emitted by the laser generator into a sample cell in a glove box; Generating a laser induced plasma in the center of the sample cell; Generating and releasing a probe beam from the probe beam generator in the probe beam generator; Injecting a probe beam emitted by the probe beam generator into a sample cell in a glove box; Changing the path of the probe beam penetrating the sample cell due to a change in the refractive index of the medium by the laser induced plasma generated in the sample cell; The probe beam passing through the sample cell is incident to a photodiode outside the glove box; Providing a measurement value of the probe beam measured by the photodiode to a boxcar averager to adjust delay time and width of the probe beam measurement value; And collecting, by a computer, probe beam measurements adjusted by the boxcar averager. It is made, including.
여기서, 상기 레이저 발생장치에 의해 방출되는 레이저 빔이 광학용 조리개로 입사되어 직경이 조절되는 단계; 상기 광학용 조리개에 의해 직경이 조절된 레이저 빔이 선형편광판에 입사되어 에너지가 조절되는 단계; 상기 선형편광판에 의해 에너지가 조절된 레이저 빔이 빔 스플리터에 입사되는 단계; 및 상기 빔 스플리터를 투과한 레이저 빔이 제1 미러와 제2 미러를 통하여 경로가 변경되어 글러브 박스의 내부로 입사되는 단계; 를 더 포함하여 이루어진다.Here, the laser beam emitted by the laser generating device is incident to the optical stop to adjust the diameter; A laser beam whose diameter is adjusted by the optical stop is incident on the linear polarizer to control energy; Injecting an energy-controlled laser beam into the beam splitter by the linear polarizer; And changing a path of the laser beam transmitted through the beam splitter through the first mirror and the second mirror to enter the inside of the glove box. It further comprises.
이때, 상기 광학용 조리개에서 직경이 조절된 레이저 빔이 제1 선형편광판의 회전에 의하여 에너지가 조절되는 단계; 및 상기 제1 선형편광판에 의해 에너지가 조절된 레이저 빔 중 바닥면에 수직한 편광 성분을 갖는 레이저 빔만이 제2 선형편광판에 통과되는 단계; 를 더 포함하여 이루어진다.At this time, the energy is adjusted by the rotation of the first linear polarizer of the laser beam whose diameter is adjusted in the optical aperture; And passing only a laser beam having a polarization component perpendicular to a bottom surface among the laser beams whose energy is controlled by the first linear polarizer is passed through the second linear polarizer. It further comprises.
더불어, 상기 빔 스플리터에 의해 선형편광판을 투과한 레이저 빔 중 약 4%의 레이저 빔이 반사되어 에너지 측정기로 입사되는 단계; 및 상기 에너지 측정기로 입사되는 레이저 빔의 에너지가 측정되는 단계; 를 더 포함하여 이루어진다.In addition, the laser beam of about 4% of the laser beam transmitted through the linear polarizing plate by the beam splitter is reflected and incident to the energy meter; And measuring energy of a laser beam incident to the energy meter. It further comprises.
여기서, 상기 미러에 의해 경로가 변경된 레이저 빔이 글러브 박스의 제1 광학용 창에 에너지 손실이 최소화되면서 입사되는 단계; 상기 제1 광학용 창을 투과하는 레이저 빔이 렌즈로 입사되는 단계; 상기 렌즈로 입사되는 레이저 빔이 렌즈의 초점 거리인 시료 셀의 중앙에 맺히는 단계; 및 상기 시료 셀을 투과하는 레이저 빔이 빔 블럭에 의하여 차단되는 단계; 를 더 포함하여 이루어진다.Here, the laser beam path is changed by the mirror is incident to the first optical window of the glove box while minimizing energy loss; Injecting a laser beam through the first optical window into the lens; Forming a laser beam incident on the lens at the center of a sample cell which is a focal length of the lens; And blocking the laser beam passing through the sample cell by the beam block. It further comprises.
그리고, 상기 탐침 빔 발생장치에서 방출되는 탐침 빔이 제3 미러를 통하여 경로가 변경되는 단계; 및 상기 제3 미러를 통하여 경로가 변경된 탐침 빔이 제2 광학용 창에 투과되어 글러브 박스 내부로 입사되는 단계; 를 더 포함하여 이루어진다.And changing a path of the probe beam emitted from the probe beam generator through a third mirror; And passing the probe beam whose path is changed through the third mirror through the second optical window to be incident into the glove box. It further comprises.
한편, 상기 시료 셀을 통과한 탐침 빔이 제3 광학용 창에 입사되는 단계; 상기 시료 셀을 통과한 탐침 빔이 상기 시료 셀에서 발생된 레이저 유도 플라즈마와 반응한 후 산란된 레이저 신호가 노치 필터로 입사되는 단계; 상기 노치 필터에 의해 시료 셀에서 산란된 레이저 광산란 신호가 필터링되는 단계; 및 상기 노치 필터를 투과한 탐침 빔이 미세 바늘구멍장치의 바늘 구멍에 입사되는 단계; 를 더 포함 하여 이루어진다.On the other hand, the probe beam passing through the sample cell is incident to the third optical window; Injecting the scattered laser signal into the notch filter after the probe beam passing through the sample cell reacts with the laser induced plasma generated in the sample cell; Filtering the laser light scattering signal scattered in the sample cell by the notch filter; And the probe beam passing through the notch filter is incident on the needle hole of the fine needle hole device. It is made to include more.
그리고, 상기 광 다이오드로 입사된 탐침 빔 측정값이 증폭기에 의해 증폭되는 단계; 및 상기 증폭기에 의하여 증폭된 탐침 빔 측정값 신호가 박스카 에버리져로 제공되는 단계; 를 더 포함하여 이루어진다.And amplifying the probe beam measurement incident to the photodiode by an amplifier; And providing a probe beam measurement signal amplified by the amplifier to a boxcar averager. It further comprises.
더불어, 상기 증폭기에 의하여 증폭된 탐침 빔 측정값이 오실로스코프에 의하여 레이저 유도 충격파의 파형으로 표시되는 단계; 를 더 포함하여 이루어진다.In addition, the probe beam amplified by the amplifier display the waveform of the laser induced shock wave by the oscilloscope; It further comprises.
이하, 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 의한 레이저 유도 충격파의 탐침 빔 검지를 이용한 수용액 내 나노입자 측정장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 레이저 유도 충격파의 탐침 빔 검지를 이용한 수용액 내 나노입자 측정장치(1)는 레이저 발생부(10)와 글러브 박스(30)와 탐침 빔 발생부(50) 및 측정부(70)를 포함하는 구성으로 이루어진다.1 is a block diagram schematically showing an apparatus for measuring nanoparticles in an aqueous solution using probe beam detection of a laser induced shock wave according to the present invention. As shown in the drawings, the
상기 레이저 발생부(10)는 레이저 발생장치(11)와 광학용 조리개(13)와 선형편광판(14)과 빔 스플리터(15) 및 미러(17)를 포함하여 구성된다.The
여기서, 상기 레이저 발생장치(11)는 레이저 빔을 방출하기 위한 것으로서, 펄스폭이 약 6 나노초인 Nd:YAG 레이저의 녹색 파장 532nm 빔을 광원으로 사용한다. 즉, 상기 레이저 발생장치(11)는 레이저 유도 플라즈마를 발생시키기 위하여 Nd:YAG 레이저의 녹색 파장 532nm 를 갖는 제2 고조파 빔을 광원으로 사용한다.Here, the
상기 광학용 조리개(Diaphragm, 13)는 상기 레이저 발생장치(11)의 일측에 구비되되, 상기 레이저 발생장치(11)에서 방출된 후 입사되는 레이저 빔의 직경을 조절한다. 상기 광학용 조리개(13)에 의하여 레이저 발생장치(11)에서 방출되는 레이저 빔의 직경이 가변적으로 조절된다.The
한편, 상기 선형편광판(14)은 상기 광학용 조리개(13)를 통과한 후 소정의 직경을 갖는 레이저 빔의 에너지 및 편광을 조절하기 위하여 광학용 조리개(13)의 일측에 구비되되, 제1 선형편광판(14a)과 제2 선형편광판(14b)으로 구성된다.On the other hand, the linear
여기서, 상기 제1 선형편광판(14a)은 상기 광학용 조리개(13)의 일측에 구비되되, 회전가능하게 설치되고, 상기 제2 선형편광판(14b)은 상기 제1 선형편광판(14a)의 일측에 고정되게 구비되되, 바닥면에 수직된 편광 성분의 레이저 빔만을 통과시키도록 이루어진다.Here, the first linear
상기한 바와 같이, 제1 선형편광판(14a)은 회전가능하게 설치함으로써 레이저 발생장치(11)를 통하여 방출된 후 후술하는 시료 셀(33)로 입사하는 레이저 빔의 에너지를 조절할 수 있으며, 이렇게 에너지가 조절된 레이저 빔은 실험대 바닥면 표면에 수직한 편광 성분의 레이저 빔만을 통과시키는 제2 선형편광판(14b)을 투과하여 진행하게 된다.As described above, the first linear
상기 빔 스플리터(Beam Spliter, 15)는 상기 제1 선형편광판(14a)과 제2 선형편광판(14b)으로 구성되는 선형편광판(14)에 의해 에너지가 조절된 후 입사되는 레이저 빔이 대부분 투과되되, 입사되는 레이저 빔의 일부분을 반사한다. 즉, 상기 빔 스플리터(15)는 상기 제1 선형편광판(14a)과 제2 선형편광판(14b)으로 구성되는 선형편광판(14)의 일측에 소정각도로 경사지게 구비되되, 상기 선형편광판(14)을 통과한 에너지가 조절된 후 입사되는 레이저 빔의 대부분을 투과하고, 입사되는 레이저 빔의 일부분을 반사한다.The
이를 위하여 상기 빔 스플리터(15)는 상기 선형편광판(14)을 통하여 에너지가 조절된 레이저 빔을 반사하기 위하여 약 4% 정도의 반사율을 갖도록 이루어진다.To this end, the
본 발명의 일 실시예에서는 상기 빔 스플리터(15)가 약 4% 정도의 반사율을 갖도록 이루어져 있으나, 상기 빔 스플리터(15)의 반사율을 이에 한정하지 않는 것이 바람직하며, 작업 환경에 따라 상기 빔 스플리터(15)의 반사율이 가변적으로 이루어지는 것이 바람직하다.In one embodiment of the present invention, the
여기서, 상기 빔 스플리터(15)를 통하여 반사되는 레이저 빔이 입사되기 위한 에너지 측정기(19)가 빔 스플리터(15)의 일측에 구비되되, 상기 에너지 측정기(19)는 빔 스플리터(15)를 통하여 반사된 레이저 빔의 에너지를 측정한다.Here, an
한편, 상기 미러(17)는 상기 빔 스플리터(15)를 통과한 레이저 빔의 경로를 조절하기 위한 것으로서, 상기 빔 스플리터(15)의 일측에 구비되는 제1 미러(17a)와 상기 제1 미러(17a)에서 소정거리 이격되어 구비되는 제2 미러(17b)로 구성된다.On the other hand, the
여기서, 상기 제1 미러(17a)와 제2 미러(17b)는 빔 스플리터(15)를 투과 및 통과한 후 입사되는 레이저 빔의 경로를 좌, 우 및 상, 하 방향으로 조절가능하게 이루어지며, 이를 위하여 상기 제1 미러(17a)와 제2 미러(17b)는 소정각도 경사지 게 설치된다.Here, the
본 발명의 일 실시예에서는 상기 빔 스플리터(15)를 투과 및 통과한 레이저 빔이 제1 미러(17a)와 제2 미러(17b)를 통하여 경로가 조절되도록 이루어져 있으나, 상기 빔 스플리터(15)를 투과 및 통과한 레이저 빔의 경로를 조절하기 위하여 상기 미러(17)의 개수는 그 이상 또는 이하의 개수로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 미러(17)의 개수를 이에 한정하지 않는 것이 바람직하다.In one embodiment of the present invention, although the path of the laser beam transmitted and passed through the
상기 글러브 박스(30)는 방사성 물질 또는 유해 원소를 취급하기 위한 것으로서, 제1 광학용 창(31) 및 시료 셀(33)과 렌즈(34)를 포함하여 구성된다.The
상기 제1 광학용 창(31)은 상기 레이저 발생부(10)의 미러(17) 중 제2 미러(17b)를 통하여 경로가 조절된 레이저 빔이 입사되기 위하여 상기 글러브 박스(30)의 일측면 중심에 구비된다. The first
그리고, 상기 시료 셀(33)은 상기 글러브 박스(30) 내부의 중심부에 위치하며, 방사성 물질 또는 유해 원소 등의 시료가 담기되, 상기 제1 광학용 창(31)에 일직선상으로 정렬되어 위치된다. 이렇게, 상기 시료 셀(33)이 제1 광학용 창(31)에 일직선상으로 정렬되어 위치함으로써 레이저 발생부(10)의 제2 미러(17b)를 통하여 경로가 조절된 레이저 빔이 시료 셀(33)로 입사된다.In addition, the
이때, 상기 시료 셀(33)에 설치되는 나노입자는 5~200nm 범위의 크기로 이루어지는 것이 바람직하며, 나노입자의 농도는 1ppm 미만으로 한정하는 것이 바람직하다.At this time, the nanoparticles installed in the
여기서, 상기 렌즈(34)는 상기 시료 셀(33)과 제1 광학용 창(31) 사이에 개 재되며, 상기 레이저 발생부(10)의 제2 미러(17b)를 통하여 경로가 조절된 레이저 빔이 제1 광학용 창(31)을 투과한 후 렌즈(34)로 입사되어 시료 셀(33)에 초점이 맺히며, 이 지점에서 레이저 유도 플라즈마가 발생된다. 이를 위하여 상기 렌즈(34)의 초점은 시료 셀(33)의 중앙에 맺히도록 이루어진다.Here, the
상기한 바와 같은 구조에 의하여 상기 레이저 발생부(10)의 광학용 조리개(13)에서 조절된 직경과 상기 글러브 박스(30)로 입사되는 레이저 빔에 따른 렌즈(34) 초점 거리와 상기 빔 스플리터(15)에서 반사되어 에너지 측정기(19)로 입사되는 레이저 빔의 측정값을 이용하여 레이저 빔의 출력 밀도를 계산할 수 있다.The focal length of the
여기서, 상기 글러브 박스(30)의 양 측면 중심에 제2 광학용 창(35)과 제3 광학용 창(36)이 각각 구비되며, 상기 제2 광학용 창(35)과 제3 광학용 창(36)은 상기 시료 셀(33)에 일직선상으로 위치한다. 즉, 상기 글러브 박스(30)의 일측에 형성되는 제1 광학용 창(31)을 기준으로 그 양 측면 중심에 제2 광학용 창(35)과 제3 광학용 창(36)이 각각 구비되며, 상기 제2 광학용 창(35)과 시료 셀(33) 및 제3 광학용 창(36)이 일직선상으로 위치된다.Here, the second
한편, 상기 글러브 박스(30)의 내부에 빔 블럭(Beam Block, 37)이 설치되며, 상기 빔 블럭(37)은 시료 셀(33)을 통과한 레이저 빔을 차단하도록 이루어진다.Meanwhile, a
여기서, 탐침 빔을 이용하여 충격파를 비접촉식으로 원격 측정하기 위한 탐침 빔 발생부(50)는 탐침 빔 발생장치(51)와 광 다이오드(53)를 포함하여 구성된다.Here, the
상기 탐침 빔 발생장치(51)는 상기 글러브 박스(30)의 일측에 위치시켜 탐침 빔을 방출하기 위한 것으로서, 탐침 빔 발생장치(51)에서 발생 및 방출되는 탐침 빔은 He-Ne 레이저 빔으로 이루어진다.The
상기 광 다이오드(53)는 상기 글러브 박스(30)의 외부에 제3 광학용 창(36)에 근접되게 설치되고, 상기 탐침 빔 발생장치(51)에서 방출된 탐침 빔이 입사되며, 이를 위하여 상기 광 다이오드(53)는 상기 제2 광학용 창(35) 및 제3 광학용 창(36)과 일직선상에 위치한다. 상기한 바와 같은 구조에 의하여, 상기 탐침 빔 발생장치(51)에 의하여 발생 및 방출된 후 제2 광학용 창(35)과 시료 셀(33) 및 제3 광학용 창(36)을 순차적으로 통과하는 탐침 빔이 광 다이오드(53)로 입사된다.The
상기한 바와 같이, 상기 탐침 빔 발생장치(51)에서 발생 및 방출되는 탐침 빔이 레이저 발생부(10)의 레이저 발생장치(11)에서 발생 및 방출되는 레이저 빔에 의하여 형성된 레이저 유도 플라즈마에 의해 렌즈(34)의 초점 근처에서 경로가 변하는 원리(Beam Deflection Method)를 이용하여 충격파를 원격으로 측정할 수 있다. As described above, the probe beam generated and emitted by the
즉, 상기 레이저 발생부(10)의 레이저 발생장치(11)에서 발생 및 방출되는 레이저 빔으로 인해 상기 시료 셀(33) 내부의 렌즈(34)의 초점 근처에서 발생되는 레이저 유도 충격파가 매질을 전파해 갈 때 매질의 굴절률이 변화되면 이로 인해 탐침 빔의 경로가 변하는 원리를 이용한 것으로서, 탐침 빔의 경로 변화는 결과적으로 광 다이오드(53)로 입사되는 탐침 빔의 세기에 변화를 주어 충격파를 측정할 수 있다.That is, the laser-induced shock wave generated near the focal point of the
여기서, 상기 탐침 빔 발생장치(51)의 일측에 탐침 빔 발생장치(51)에서 방 출되는 탐침 빔의 경로를 조절하기 위한 제3 미러(54)가 구비된다. 이때, 상기 제3 미러(54)는 상기 탐침 빔 발생장치(51)를 통하여 발생 및 방출되는 탐침 빔의 입사 경로가 글러브 박스(30)의 제2 광학용 창(35)을 향하도록 소정각도 경사지게 설치된다.Here, a
한편, 상기 글러브 박스(30)의 외측에 위치하되, 제3 광학용 창(36)에 근접되게 위치하는 광 다이오드(53)와 제3 광학용 창(36) 사이에 레이저 발생장치(11)를 통하여 방출된 후 제2 미러(17b)에 의하여 경로가 조절되어 글러브 박스(30)의 시료 셀(33)로 입사되어 산란되는 레이저 빔이 광 다이오드(53)로 검출되는 것을 방지하기 위한 노치 필터(55)가 개재된다.Meanwhile, the
즉, 상기 레이저 발생장치(11)를 통하여 발생 및 방출된 후 제1 미러(17a) 및 제2 미러(17b)를 통하여 경로가 조절되어 글러브 박스(30)의 시료 셀(33)로 입사된 다음 시료 셀(33)에서 산란되는 레이저 빔이 제3 광학용 창(36)을 통하여 광 다이오드(53)로 입사되어 검출되는 것을 방지하기 위하여 광 다이오드(53)와 제3 광학용 창(36) 사이에 노치 필터(55)가 구비되고, 상기 노치 필터(55)에 의하여 제3 광학용 창(36)을 통하여 광 다이오드(53) 방향으로 산란되는 레이저 빔이 필터링된다.That is, after being generated and emitted through the
상기한 바와 같이, 상기 광 다이오드(53)와 제3 광학용 창(36) 사이에 개재되는 노치 필터(55)에 의하여 레이저 발생부(10)의 레이저 발생장치(11)에서 발생 및 방출되는 녹색 파장의 Nd:YAG 레이저 빔이 글러브 박스(30)의 시료 셀(33)에 산란되어 광다이오드(53)에서 검출되는 것이 방지됨으로써 광 다이오드(53)에서 측정 되는 탐침 빔의 측정값에 따른 정확성 및 신뢰성을 보장할 수 있다.As described above, green generated and emitted by the
여기서, 상기 노치 필터(55)와 광 다이오드(53) 사이에 제3 광학창 및 노치 필터(55)를 통하여 입사되는 탐침 빔의 세기 변화를 미세하게 측정하기 위하여 그 중심에 소정직경의 바늘 구멍(56a)이 관통형성되는 미세 바늘구멍장치(56)가 개재된다.Herein, a needle hole having a predetermined diameter in the center of the
한편, 상기 광 다이오드(53)의 일측에 광 다이오드(53)에서 검출 및 측정된 탐침 빔 신호를 전기적으로 증폭시키기 위한 증폭기(58)가 연결되며, 상기 증폭기(58)에 의하여 광 다이오드(53)에서 검출 및 측정된 탐침 빔 신호가 증폭되어 후술하는 측정부(70)의 박스카 에버리져(71)로 제공된다.Meanwhile, an
여기서, 상기 증폭기(58)의 일측에 상기 광 다이오드(53)에서 검출 및 측정된 후 증폭기(58)에서 증폭된 레이저 유도 충격파의 파형을 측정하기 위한 오실로스코프(59)가 연결된다.Here, an
상기 측정부(70)는 박스카 에버리져(71)와 컴퓨터(73)를 포함하여 구성된다. The measuring
여기서, 상기 박스카 에버리져(Boxcar Averager, 71)는 탐침 빔 발생부(50)의 광 다이오드(53)에 연결되며, 광 다이오드(53)를 통하여 검출된 탐침 빔의 지연 시간 및 폭을 조절한다.Here, the
그리고, 상기 컴퓨터(73)는 상기 박스카 에버리져(71)에 연결되어 탐침 빔의 세기를 데이터 처리한다. 본 발명의 일 실시예에서는 상기 광 다이오드(53)로 입사되는 탐침 빔의 세기를 데이터 처리하기 위하여 박스카 에버리져(71)에 데스크탑으로 이루어지는 컴퓨터(73)가 연결되어 있으나, 일반적으로 적용되는 노트북 컴퓨터 가 박스카 에버리져(71)에 연결되는 것도 가능하고, 이동통신 단말기 및 PDA 등이 상기 컴퓨터(73)의 역할을 수행하도록 이루어지는 것도 가능하다.The
이때, 데스크탑 컴퓨터와 노트북 컴퓨터를 포함하는 컴퓨터 및 이동통신 단말기, PDA 등에 박스카 에버리져(71)에 연결되어 탐침 빔의 세기를 데이터 처리하기 위한 프로그램이 설치되는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that a program for processing data of the intensity of the probe beam is installed in a computer including a desktop computer and a notebook computer, a mobile communication terminal, a PDA, and the like.
이하, 본 발명에 의한 레이저 유도 충격파의 탐침 빔 검지를 이용한 수용액 내 나노입자 측정장치에 따른 측정방법을 도 2를 참조하여 설명한다.Hereinafter, a measuring method according to an apparatus for measuring nanoparticles in an aqueous solution using probe beam detection of a laser induced shock wave according to the present invention will be described with reference to FIG. 2.
먼저, 작업자 또는 실험자의 조작에 의하여 레이저 발생부(10)의 레이저 발생장치(11)에서 레이저 빔이 발생 및 방출된다(S11).First, a laser beam is generated and emitted from the
이렇게 상기 레이저 발생장치(11)에서 방출되는 레이저 빔은 레이저 발생장치(11)의 일측에 구비되는 광학용 조리개(13)에 입사된 후 상기 광학용 조리개(13)에 의하여 레이저 빔의 직경이 조절된다(S11-1).The laser beam emitted from the
그리고, 상기 광학용 조리개(13)에 의해 직경이 조절된 레이저 빔은 선형편광판(14)으로 입사되어 에너지가 조절된다(S11-2). 이때, 상기 선형편광판(14) 중 제1 선형편광판(14a)의 회전에 의하여 입사되는 레이저 빔의 에너지가 조절되며(S11-2a), 상기 제1 선형편광판(14a)에 의하여 에너지가 조절된 레이저 빔 중 바닥면에 수직한 편광 성분을 갖는 레이저 빔만이 제2 선형편광판(14b)을 통과한다(S11-2b).The laser beam whose diameter is adjusted by the
상기한 바와 같이, 상기 광학용 조리개(13)에 의하여 직경이 조절되고, 선형 편광판(14)에 의하여 에너지가 조절되되, 바닥면에 수직인 편광 성분만을 갖는 레이저 빔은 빔 스플리터(15)로 입사된다(S11-3).As described above, the diameter is controlled by the
이때, 상기 선형편광판(14)에 의하여 에너지가 조절된 레이저 빔 중 빔 스플리터(15)로 입사되는 약 4%의 레이저 빔이 에너지 측정기(19)로 반사되어 입사되고(S11-3a), 상기 에너지 측정기(19)에 의해 입사되는 레이저 빔의 에너지가 측정된다(S11-3b). 즉, 상기 선형편광판(14)에 의하여 빔 스플리터(15)로 입사되는 레이저 빔 중 대부분은 빔 스플리터(15)를 투과하나, 그 중 약 4%의 레이저 빔이 소정각도로 경사지게 위치하는 빔 스플리터(15)에서 반사되어 에너지 측정기(19)로 입력된 후 상기 에너지 측정기(19)에 의하여 레이저 빔의 에너지가 측정된다.In this case, about 4% of the laser beam incident to the
이렇게 상기 빔 스플리터(15)를 투과한 레이저 빔이 소정각도로 경사지게 설치되는 제1 미러(17a)와 제2 미러(17b)로 이루어지는 미러(17)를 통하여 경로가 변경되어 글러브 박스(30)의 내부로 입사된다(S11-4).The path is changed through the
상기한 바와 같이, 상기 레이저 장치에서 방출되는 레이저 빔이 광학용 조리개(13)와 선형편광판(14) 및 빔 스플리터(15)를 투과한 후 미러(17)에 의해 경로가 변경되어 글러브 박스(30)의 내부 중심부에 위치하는 시료 셀(33)에 입사되며(S12), 상기 시료 셀(33)로 입사되는 레이저 빔에 의하여 시료 셀(33)의 중앙에 레이저 유도 플라즈마가 발생된다(S13).As described above, after the laser beam emitted from the laser device passes through the
이때, 상기 제1 미러(17a) 및 제2 미러(17b)로 이루어지는 미러(17)를 통하여 경로가 변경된 레이저 빔은 글러브 박스(30)의 제1 광학용 창(31)에 의하여 에너지 손실이 최소화되면서 입사되고(S12-1), 상기 제1 광학용 창(31)을 투과하는 레이저 빔이 글러브 박스(30) 내부에 위치하는 렌즈(34)에 입사되며(S12-2), 상기 렌즈(34)로 입사되는 레이저 빔이 렌즈(34)의 초점 거리인 시료 셀(33)의 중앙에 맺히고(S12-3), 상기 시료 셀(33)을 투과하는 레이저 빔이 빔 블럭(37)에 부딪치면서 차단된다(S12-4).At this time, the laser beam whose path is changed through the
상기한 바와 같이, 상기 레이저 발생부(10)의 레이저 발생장치(11)를 통하여 방출되는 레이저 빔이 글러브 박스(30)의 내부 중심부에 위치하는 시료 셀(33)로 입사됨과 동시에 상기 탐침 빔 발생부(50)의 탐침 빔 발생장치(51)에서 탐침 빔이 발생 및 방출되고(S14), 상기 탐침 빔 발생장치(51)에 의해 방출되는 탐침 빔이 글러브 박스(30) 내부의 시료 셀(33)로 입사된다(S15).As described above, the laser beam emitted through the
이렇게 상기 탐침 빔 발생장치(51)를 통하여 방출되는 탐침 빔은 탐침 빔 발생장치(51)의 일측에 구비되되, 소정각도로 경사지게 설치되는 제3 미러(54)를 통하여 경로가 변경되고(S14-1), 상기 제3 미러(54)를 통하여 경로가 변경된 탐침 빔이 글러브 박스(30)에 구비되는 제2 광학용 창(35)으로 입사되어 글러브 박스(30) 내부로 입사된다(S14-2).Thus, the probe beam emitted through the
상기한 바와 같이, 상기 탐침 빔 발생장치(51)를 통하여 방출되되, 제3 미러(54)에 의하여 경로가 조절되어 글러브 박스(30)의 제2 광학용 창(35)을 투과한 후 시료 셀(33)로 입사되어 투과되는 탐침 빔이 시료 셀(33)에서 발생된 레이저 유도 플라즈마에 의한 매질의 굴절률 변화로 인해 경로가 변경된다(S16). 즉, 상기 글러브 박스(30) 내부 중심에 위치하는 시료 셀(33)로 입사하는 탐침 빔이 레이저 발생장치(11)를 통하여 방출되는 레이저 빔에 의하여 시료 셀(33)에 발생하는 레이 저 유도 플라즈마에 의한 굴절률 변화로 인해 경로가 변경된다.As described above, the sample cell is emitted through the
이렇게 레이저 발생장치(11)의 레이저 빔에 발생하는 레이저 유도 플라즈마로 인해 경로가 변경된 탐침 빔과 시료 셀(33)에서 산란된 레이저 빔 심호가 제3 광학용 창(36)에 입사되고(S16-1), 상기 제3 광학용 창(36)을 투과한 탐침 빔과 레이저 산란 신호가 노치 필터(55)로 입사되며(S16-2), 상기 노치 필터(55)에 의하여 시료 셀(33)에서 산란된 레이저 광 산란 신호가 필터링된 후(S16-3) 경로가 변경된 탐침 빔만이 미세 바늘구멍장치(56)의 바늘 구멍(56a)으로 입사된다(S16-4).Thus, the probe beam whose path is changed and the laser beam deep scattered from the
상기한 바와 같이, 상기 글러브 박스(30) 내부의 시료 셀(33)을 투과하면서 레이저 유도 플라즈마에 의해 경로가 변경된 탐침 빔이 제3 광학용 창(36)과 노치 필터(55) 및 미세 바늘구멍장치(56)를 투과 및 통과한 후 글러브 박스(30) 외부에 구비되는 광 다이오드(53)로 입사된다(S17).As described above, the probe beam whose path is changed by the laser induced plasma while passing through the
여기서, 상기 광 다이오드(53)로 입사되어 검출된 탐침 빔의 측정값이 증폭기(58)에 의하여 전기적으로 증폭되고(S17-1), 상기 증폭기(58)에 의하여 전기적으로 증폭된 탐침 빔의 측정값 신호가 박스카 에버리져(71)로 제공되며(S17-2), 이와 더불어 상기 증폭기(58)에 의하여 전기적으로 증폭된 탐침 빔의 측정값이 오실로스코프(59)로 제공된 후 상기 오실로스코프(59)에 레이저 유도 충격파의 파형으로 표시된다(17-3).Here, the measured value of the probe beam incident and detected by the
이렇게 상기 광 다이오드(53)에서 측정된 탐침 빔의 측정값은 박스카 에버리져(71)로 제공되고, 상기 박스카 에버리져(71)에 의하여 탐침 빔의 측정값에 따른 지연 시간 및 폭이 조절된다(S18). 즉, 상기 광 다이오드(53)에서 측정된 탐침 빔 의 측정값이 박스카 에버리지로 입력되고, 상기 박스카 에버리져(71)로 입력된 탐침 빔의 측정값은 박스카 에버리져(71)에 구비되는 게이트(Gate) 적분기를 이용하여 게이트의 지연 시간 및 폭을 조절함으로써 탐침 빔의 세기를 선택적으로 조절 및 측정하게 된다.Thus, the measured value of the probe beam measured by the
상기한 바와 같이, 상기 박스카 에버리져(71)에 의해 지연 시간 및 폭이 조절된 탐침 빔의 세기 등의 탐침 빔의 측정값은 데이터 처리기능을 갖는 컴퓨터(73)로 수집된다(S19).As described above, the measurement values of the probe beam such as the intensity of the probe beam whose delay time and width are adjusted by the
여기서, 상기 레이저 발생장치(11)를 통하여 발생되는 레이저 빔에 따른 레이저 유도 플라즈마에서 발생되는 충격파는 수용액 매질을 진행하면서 속도가 변하는 특성을 가지며, 이로 인해 레이저 유도 플라즈마가 발생된 초기에 그 속도는 일반적인 음향파(Acoustic Wave)의 속도보다 빠르기 때문에 초음파(Ultrasonic Wave)의 특성을 보이며, 매질을 진행함에 따라 점차적으로 속도가 감소되면서 일반적인 음향파의 특성을 보인다. 이때, 일반적인 음향파의 속도는 수용액일 경우 1486m/s 이다.Here, the shock wave generated in the laser-induced plasma according to the laser beam generated through the
이로 인해 탐침 빔 발생장치(51)를 통하여 탐침 빔을 발생 및 방출할 경우, 탐침 빔의 위치에 따라 시간 분해능 및 공간 분해능을 갖기 때문에 초음파와 음향파를 구분하여 측정할 수 있다.Therefore, when generating and emitting the probe beam through the
한편, 본 발명에 의한 레이저 유도 충격파의 탐침 빔 검지를 이용한 수용액 내 나노입자 측정장치(1)를 사용하여 원자로 냉각재 계통에서 발생되는 극미량 미세 금속불순물 입자의 측정이 가능하며, 이때 미세 금속불순물 원소는 철(Fe), 크 롬(Cr), 니켈(Ni), 망간(Mn) , 코발트(Co), 티타늄(Ti) 등으로 이루어지는 것이 일반적이나, 미세 금속불순물 원소의 종류가 이에 한정되지 않는 것이 바람직하다.On the other hand, by using the nanoparticle measuring device (1) in the aqueous solution using the probe beam detection of the laser-guided shock wave according to the present invention it is possible to measure the trace amount of fine metal impurities particles generated in the reactor coolant system, wherein the fine metal impurities element It is generally made of iron (Fe), chromium (Cr), nickel (Ni), manganese (Mn), cobalt (Co), titanium (Ti) and the like, but the kind of the fine metal impurity element is not limited thereto. Do.
또한, 본 발명에 의한 레이저 유도 충격파의 탐침 빔 검지를 이용한 수용액 내 나노입자 측정장치(1)를 이용하여 지하수 및 음용수에 포함되어 있는 나노 콜로이드 입자를 측정하는 것도 가능할 뿐만 아니라, 반도체 제조용 및 기타 산업용 초청정수에 포함되어 있는 극미량 나노입자를 측정하는 것도 가능하다.In addition, by using the nanoparticle measuring device (1) in the aqueous solution using the probe beam detection of the laser-guided shock wave according to the present invention, it is not only possible to measure the nano-colloid particles contained in groundwater and drinking water, but also for semiconductor manufacturing and other industrial purposes. It is also possible to measure trace nanoparticles contained in ultra clean water.
뿐만 아니라, 본 발명에 의한 레이저 유도 충격파의 탐침 빔 검지를 이용한 수용액 내 나노입자 측정장치(1)를 이용하여 수용액 내의 악티나이드 화합물의 용해도를 정밀하게 측정할 수 있으며, 이때 악티나이드 화합물은 우라늄(U), 퀴륨(Cm), 아메리슘(Am), 플루토늄(Pu), 넵투늄(Np)이다.In addition, the solubility of the actinide compound in the aqueous solution can be precisely measured using the
도 3은 본 발명에 의한 레이저 유도 충격파의 탐침 빔 검지를 이용한 수용액 내 나노입자 측정장치의 탐침 빔을 이용하여 측정한 레이저 유도 충격파의 파형을 개략적으로 나타내는 도면이다.3 is a view schematically showing the waveform of the laser induced shock wave measured using the probe beam of the nanoparticle measuring apparatus in the aqueous solution using the probe beam detection of the laser induced shock wave according to the present invention.
도 1을 참조하여 설명하면, 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 레이저 유도 충격파의 탐침 빔 검지를 이용한 수용액 내 나노입자 측정장치(1)에 의해 측정된 레이저 유도 충격파의 파형을 나타내는 것으로서, 탐침 빔 발생장치(51)에서 발생 및 방출된 탐침 빔이 글러브 박스(30) 내부 렌즈(34) 초점에서의 레이저 유도 플라즈마가 발생한 지점에서 약 10mm 거리를 지나고 있을 때 검출된 탐침 빔 신호의 파형을 나타낸다.Referring to Figure 1, as shown in the figure, as showing the waveform of the laser induced shock wave measured by the
여기서, 레이저 신호에서 약 6㎲후에 관측되는 첫 번째 신호는 레이저 유도 충격파에 의해 탐침 빔의 경로가 변한 경우의 신호가 직접적으로 측정된 것이고, 두 번째 신호는 수용액 매질을 진행하는 충격파가 시료 셀(33)에 부딪힌 후 되돌아오면서 탐침 빔의 경로를 변화시킴으로써 발생되는 신호에 해당한다.Here, the first signal observed after about 6 kHz from the laser signal is a signal measured directly when the path of the probe beam is changed by the laser induced shock wave, and the second signal is a shock wave traveling through the aqueous medium in the sample cell ( 33), it is the signal generated by changing the path of the probe beam while returning.
상기한 바와 같이, 측정되는 각 신호를 박스카 에버리져(71)의 게이트(Gate) 적분기를 이용하여 지연 시간(Delay Time) 및 폭(Width)을 조절함으로써 탐침 빔의 세기를 선택적으로 측정할 수 있다.As described above, the intensity of the probe beam can be selectively measured by adjusting the delay time and the width of each signal by using the gate integrator of the
이렇게 상기 박스카 에버리져(71)로 측정된 탐침 빔의 세기는 박스카 에버리져(71)에 연결되는 컴퓨터(73)로 수집된다.The intensity of the probe beam measured by the
도 4는 본 발명에 의한 레이저 유도 충격파의 탐침 빔 검지를 이용한 수용액 내 나노입자 측정장치의 탐침 빔 신호 세기의 도수 분포도를 나타내는 도면으로서, 도수 분포도의 폭을 피크값을 이용하여 입자의 크기를 측정할 수 있다는 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.4 is a diagram showing the frequency distribution of the probe beam signal intensity of the nanoparticle measuring apparatus in the aqueous solution using the probe beam detection of the laser-guided shock wave according to the present invention, the width of the frequency distribution using the peak value to measure the particle size It is a figure which shows the Example which can be made.
도 1을 참조하여 설명하면, 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 실시예에서는 도 3에서 도시하고 있는 게이트(Gate) 적분기를 이용하여 지연 시간(Delay Time) 및 폭(Width)이 조절된 신호의 세기를 2000회 반복 측정하여 도수분포도(Histogram)를 연산한 결과를 나타낸다.Referring to FIG. 1, as shown in the drawing, in the present embodiment, a delay time and a width of a signal in which the delay time and the width are adjusted by using the gate integrator shown in FIG. 3. The result of calculating the histogram by measuring the intensity 2000 times is shown.
여기서, 탐침 빔 신호의 세기 및 측정된 파열 횟수의 상대적인 값을 비교한 것으로서, 도수분포도를 그리기 위하여 데이터를 처리한 x축 구간은 0.1[V]이다.Here, the relative values of the intensity of the probe beam signal and the measured number of bursts are compared, and the x-axis section in which the data is processed to draw the frequency distribution diagram is 0.1 [V].
상기한 바와 같은 방법에 의하여 측정된 신호의 세기 분포에서 피크(Peak)값과 반폭(Half-Width)이 나노입자의 크기에 따라 변화함을 관측할 수 있다.It can be observed that the peak value and the half-width in the intensity distribution of the signal measured by the method described above change with the size of the nanoparticles.
이때, ○으로 표시되는 부호와 □으로 표시되는 부호는 각각 21nm, 125nm 의 직경을 갖는 폴리스티렌(Polystyrene) 표준입자에서 측정한 도수분포도이다. 여기서, 125nm의 직경을 갖는 폴리스티렌 표준입자에서 측정된 도수분포도가 21nm의 직경을 갖는 폴리스티렌 표준입자에서 측정된 도수분포도보다 더 큰 피크값 및 반폭을 갖는 것을 관측할 수 있다.In this case, the symbol represented by ○ and the symbol represented by □ are frequency distribution diagrams measured on polystyrene standard particles having diameters of 21 nm and 125 nm, respectively. Here, it can be observed that the frequency distribution measured in polystyrene standard particles having a diameter of 125 nm has a larger peak value and half width than the frequency distribution measured in polystyrene standard particles having a diameter of 21 nm.
여기서, 나노입자의 크기가 증가할수록 파열에 필요한 문턱에너지가 낮기 때문에 렌즈(34)의 초점에서 벗어난 지점에서도 파열이 발생할 수 있을 것으로 가정할 경우, 이 지점에서의 레이저 빔 출력 밀도가 낮기 때문에 레이저 유도 충격파의 세기가 약해지므로 세기 분포의 반폭이 상대적으로 확대될 것으로 보인다.Here, when the size of the nanoparticles increases, the threshold energy required for the rupture is lower, so that rupture may occur even at a point out of the focal point of the
한편, 나노입자의 크기가 증가할수록 레이저 유도 플라즈마 발생에 기여하는 초기 전자(Speed Electron)의 수가 증가하기 때문에 플라즈마의 온도와 압력이 상대적으로 높다고 가정하면, 렌즈(34)의 초점, 즉 상기 시료 셀(33)에서 발생되는 충격파의 세기에 해당하는 탐침 빔 신호 분포의 피크값 또한 나노입자의 크기가 증가할수록 큰 값을 가질 것으로 보인다.On the other hand, assuming that the temperature and pressure of the plasma are relatively high because the number of initial electrons (Speed Electrons) that contribute to the laser-induced plasma generation increases as the size of the nanoparticles increases, the focal point of the
도 5는 본 발명에 의한 레이저 유도 충격파의 탐침 빔 검지를 이용한 수용액 내 나노입자 측정장치에 의한 탐침 빔 세기의 피크값을 이용하여 입자의 크기를 측정한 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.5 is a view schematically showing an embodiment in which the particle size is measured using the peak value of the probe beam intensity by the nanoparticle measuring apparatus in the aqueous solution using the probe beam detection of the laser-guided shock wave according to the present invention.
도 1을 참조하여 설명하면, 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 폴리스틸렌 표준입자의 크기에 따른 도수분포도의 피크값을 측정한 것으로서, 본 실시예에 사용된 표준입자의 직경과 농도는 각각 21nm(300ppt), 33nm(500ppt), 46nm(1ppb), 60nm(2ppb), 125nm(8ppb), 240nm(30ppb)이며, 세 번의 실험을 반복하여 평균치와 표준편차를 나타낸 것으로 나노입자의 직경이 클수록 피크값이 증가하는 현상을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 1, as shown in the figure, the peak value of the frequency distribution diagram according to the size of the polystyrene standard particles is measured. The diameter and the concentration of the standard particles used in this example are 21 nm (300 ppt), respectively. ), 33nm (500ppt), 46nm (1ppb), 60nm (2ppb), 125nm (8ppb), 240nm (30ppb). The average value and standard deviation are shown by repeating three experiments. You can see the increasing phenomenon.
이는 본 발명에 의한 레이저 유도 충격파의 탐침 빔 검지를 이용한 수용액 내 나노입자 측정장치(1)의 탐침 빔을 이용하여 측정한 레이저 유도 충격파의 세기분포를 분석함으로써 나노입자의 크기를 구분할 수 있다는 것을 보여주는 것이다.This shows that the size of the nanoparticles can be distinguished by analyzing the intensity distribution of the laser induced shock wave measured using the probe beam of the
도 6은 본 발명에 의한 레이저 유도 충격파의 탐침 빔 검지를 이용한 수용액 내 나노입자 측정장치에 따른 레이저 유도 충격파의 파열 확률을 이용하여 입자의 농도를 측정한 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.FIG. 6 is a diagram schematically showing an embodiment in which particle concentration is measured using a burst probability of a laser induced shock wave according to a nanoparticle measuring apparatus in an aqueous solution using a probe beam detection of a laser induced shock wave according to the present invention.
도 1을 참조하여 설명하면, 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 탐침 빔을 이용하여 측정된 파열 확률을 폴리스틸렌 표준입자의 농도에 대한 함수로 나타낸 것으로서, 21nm의 나노입자보다 농도가 높은 125nm의 나노입자의 파열확률이 증가함을 알 수 있으며, 이로 인해 고정된 레이저 빔 에너지 조건에서 나노입자의 농도가 증가할수록 파열 확률이 증가하는 것을 알 수 있다.Referring to Figure 1, as shown in the figure, the burst probability measured using the probe beam as a function of the concentration of the polystyrene standard particles, 125nm nanoparticles having a higher concentration than the 21nm nanoparticles It can be seen that the burst probability of increases, and as a result, the burst probability increases as the concentration of nanoparticles increases under a fixed laser beam energy condition.
본 발명의 일 실시예에서는 두 가지의 나노입자를 대비하여 비교하였으나, 그 이상의 다양한 크기를 갖는 나노입자를 대비할 경우에도 상기한 바와 같은 입자 의 농도에 따른 결과값이 도출되며, 이에 본 발명의 실시를 한정하지 않는 것이 바람직하다.In an embodiment of the present invention, the two nanoparticles are compared in comparison, but when the nanoparticles having various sizes larger than that are obtained as a result according to the concentration of the particles as described above, the implementation of the present invention It is preferable not to limit.
본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특허청구의 범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.While the invention has been shown and described with respect to particular embodiments, it will be understood by those skilled in the art that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the invention as indicated by the appended claims. Anyone can grow up easily.
이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 수용액 속에 극미량으로 존재하는 미세 나노입자의 레이저 유도 파열(Laser-Induced Breakdown) 현상에 탐침 빔(Probe Beam)을 이용함으로써 레이저 유도 파열 현상 발생 시 레이저 유도 충격파(Shock Wave)에 의해 탐침 빔의 경로가 변화하는 원리를 이용하되, 탐침 빔의 신호의 세기 분포(Intensity Distribution)를 측정하여 나노입자의 크기를 판별할 수 있을 뿐만 아니라, 탐침 빔으로 측정한 파열 확률(Breakdown Probability)을 이용하여 나노입자의 농도를 측정할 수 있으며, 탐침 빔으로 He-Ne 레이저 빔을 사용함으로써 취급이 용이할 뿐만 아니라, 비용을 절감시킬 수 있으며, 비접촉, 실시간 및 원격으로 나노입자의 크기 및 농도를 측정할 수 있으며, 이로 인해 인체에 유해한 방사성 물질 및 초청정수 등의 시료에 대해 보다 용이하게 적용가능하고, 수 ppm 미만 농도의 미량으로 존재하는 100nm 이하 크기의 미세 나 노입자의 측정 시 일반적인 광 산란 세기(Light Scattering intensity) 측정방식의 탁도계 및 입도분석장치에 비하여 측정 감도가 상당히 우수할 뿐만 아니라, 기존의 장비로 측정이 어려운 수 nm 에서 수십 nm 크기의 미세 나노입자를 대상으로 ppm 농도 미만의 미량 측정이 가능하고, 원자력 발전소의 냉각재 계통에서 발생하는 극미량 미세 금속 불순물 입자의 측정과 지하수 및 음용수에 포함된 나노 콜로이드 입자의 측정과 반도체 제조용 및 기타 산업용 초청정수에 포함된 극미량 나노입자의 측정 및 수용액의 pH 값 변화에 따른 악티나이드 화합물의 용해도 정밀 측정 등 다양한 산업분야에 직접적으로 적용가능하며, 이로 인해 장치의 정확성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 등의 효과를 거둘 수 있다.As described above, the present invention having the configuration as described above generates a laser induced burst phenomenon by using a probe beam in the laser-induced breakdown phenomenon of the fine nanoparticles present in an extremely small amount in an aqueous solution. By using the principle that the path of the probe beam is changed by the laser shock wave, it is possible to determine the size of the nanoparticles by measuring the intensity distribution of the signal of the probe beam, The breakdown probability can be used to measure the concentration of nanoparticles, and the He-Ne laser beam can be used as the probe beam to facilitate handling, reduce costs, and provide non-contact, real-time and The size and concentration of nanoparticles can be measured remotely, resulting in samples such as radioactive materials and ultra-clean water that are harmful to the human body. Measurement sensitivity compared to turbidimeters and particle size analyzers of the general light scattering intensity measurement method for the measurement of fine nanoparticles of 100 nm or less, which are more easily applicable to the present invention, and are present in trace concentrations of less than several ppm. In addition, it is possible to measure traces below the ppm concentration of fine nanoparticles ranging from several nm to several tens of nm, which is difficult to measure with conventional equipment, and traces of fine metal impurity particles generated in the coolant system of nuclear power plants. Measurement of nano colloidal particles in groundwater and drinking water, measurement of ultra-fine nanoparticles in super clean water for semiconductor manufacturing and other industrial use, and precise measurement of solubility of actinide compounds according to pH value change in aqueous solution. Can be applied directly, which improves the accuracy and reliability of the device. It can reap the effects of which can award.
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